激光预打孔接装纸透气度与孔面积数学模型的建立

刘雯+李桂珍+陈欣+余玉梅+郑琳+舒芳誉+罗凤频+黄盈

摘要：研究建立卷烟激光预打孔接装纸透气度和打孔孔径关系。设置不同打孔排数、孔数的激光预打孔接装纸，分别测试其透气度和孔面积，分析透气度和孔面积的关联性，建立数学模型。结果表明，激光预打孔接装纸透气度和孔面积高度相关，单位长度孔面积（S，μm2/cm）和透气度（A，cm3/min，150

关键词：激光预打孔接装纸；透气度；孔面积；孔径

中图分类号：TS426；TS452 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）21-4112-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.21.029

Establishment of Mathematical Model for the Permeability and Pore Area of Laser Perforated Tipping Paper

LIU Wen1，LI Gui-zhen1，CHEN Xin1，YU Yu-mei1，ZHENG Lin1，SHU Fang-yu2，LUO Feng-pin1，HUANG Ying1

（1.Technology Center，Fujian Branch of China Tobacco Industry Co.，Ltd.，Xiamen 361022，Fujian，China；

2.Xiamen Tobacco Industrial Co.，Ltd， Xiamen 361021，Fujian，China）

Abstract： The relations between permeability and pore radius of laser perforated tipping paper in tobacco were build. Setting different rows andnumbers of pores of tipping paper to respectively test the permeability and pore area，and analyze the relationship between permeability and pore area of laser perforated tipping paper，then a mathematical model was established. Results showed that，the permeability and pore area of laser perforated tipping paper were highly correlated，the better regression equation between the pore area（S，μm2/cm）and permeability（A，cm3/min，150

Key words： laser perforated tipping paper； permeability； pore area； pore radius

低焦油、低CO卷煙已成为卷烟发展的趋势，而接装纸预打孔通风技术作为一项简单易行、直接有效的物理降焦方式，普遍用于卷烟产品的生产中。其原理在于在接装纸表面打孔增加空气吸入量，达到稀释烟气、降低焦油浓度的效果[1]。现阶段，接装纸预打孔技术已经相对成熟，主要为静电打孔、激光打孔两种[2-5]。近年来，等离子技术在接装纸中也有所应用[6]。打孔方式不同，但透气度的衡量方式是一致的。透气度的定义为在1.00 kPa测量压力下，通过1 cm2的被测样品表面的空气流量（cm3/min）[7]。孔面积与透气度的关联性已有共识，且已经应用于接装纸打孔设备的在线检测[8，9]，但其数学模型却鲜见文献报道。孔面积与透气度的数学模型对于通过透气度和孔数预测打孔孔径具有一定的意义，可以通过透气度仪直接量化预打孔接装纸的打孔大小。

本研究选取不同透气度、打孔排数、孔数的激光打孔接装纸，分别测试其透气度和孔面积，进而寻找接装纸透气度和打孔参数的关联性，建立一种通过透气度和孔数预测孔径的方法。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

1.1.1 材料 激光预打孔接装纸，由厦门鑫叶印务有限公司集团提供，共计42个样品，具体参数见表1。

1.1.2 仪器与设备 Borgwaldt Technik A20透气测定仪购自Borgwaldt KC，AEH DH2010PC数字投影仪购自西安爱德华（放大倍数30），计算软件由厦门烟草工业有限责任公司与中国科学院合肥研究院联合开发。

1.2 方法

1.2.1 透气度和透气度变异系数测定 按国家标准GB/T 23227-2008测定[7]。

1.2.2 孔面积测定 将激光预打孔接装纸置于显微镜下，采集打孔图像，并运用自主开发的软件直接计算孔数、孔面积等[10]。

1.2.3 数学模型建立 采用Origine和SPSS软件计算孔面积和透气度的数学模型。

2 结果与分析

2.1 透气度与孔面积测试结果及计算

根据公式1、公式2分别计算出单孔面积、单孔孔径。预打孔接装纸参数设计及实测结果见表2。

公式1：单孔面积=。

公式2：孔径=。

2.2 孔面积与透气度的关联性分析

以单位长度孔面积（S）和透气度（A）为变量，取150

分别选取孔数设计值相同的样品，分析其线性拟合，结果见表4，每排孔数设计值为10、12、14时，预打孔接装纸的透气度与孔面积拟合度较设计值为16、18时好。

对结果进行分析，可得出激光预打孔接装纸单位长度孔面积（μm2/cm）对透气度（cm3/min，150

2.3 数学模型验证

为了验证数学模型的可行性，进行了实测。比较孔径的实测值和计算值差异。具体情况见表5。验证结果表明，利用数学模型S=547.3A+37 813.6设定孔径切实可行，计算值和实测值的偏差均不到1%，证实所建立的模型有较高的准确性。

3 小结与讨论

经过多轮试验验证发现，激光预打孔接装纸的孔面积与透气度呈线性相关，对于实际生产和试验中利用透气度预测打孔孔径具有一定的现实意义。计算结果表明，激光预打孔接装纸单位长度孔面积（S，μm2/cm）和透气度（A，cm3/min）的线性回归方程为S=547.3A+37 813.6（r=0.985，150

参考文献：

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[2] 温 煦，方细玲，刘 丹.接装纸打孔技术浅析[J].科技信息，2014（15）：95-151.

[3] 段沅杏，张 涛，陈进雄，等.接装纸激光、静电打孔对烟气释放量的影响[J].湖北農业科学，2012，51（23）：5403-5405.

[4] 陈慧斌，胡素霞，叶明樵，等.接装纸打孔对卷烟质量的影响研究[A].中国烟草学会工业专业委员会2010年烟草工艺学术研讨会论文集[C].北京：中国烟草学会工业专业委员会，2010.

[5] 原慧洁.卷烟纸、接装纸透气度对卷烟降焦的影响[J].中小企业管理与科技，2014（29）：316.

[6] LINDNER M，RAUNIC V R. Plasma perforation of tipping paper—A novel method to generate ventilated filter cigarette[J].Tobacco Science & Technology Product Technology，2014，330： 105-114.

[7] GB/T 23227-2008，卷烟纸、成型纸、接装纸及具有定向透气带的材料透气度的测定[S].

[8] 郭 丽.水松纸透气度在线检测系统研究[D].昆明：昆明理工大学，2002.

[9] 刘守锋.图像处理技术在透气度检测中的应用研究[D].昆明：昆明理工大学，2007.

[10] 黄 盈.烟草行业水松纸打孔参数的非接触光学测量方法研究[J].安徽农业科学，2013，41（5）：2257-2258.